MOVIMIENTO DE PARTÍCULAS LIBRES: UNA PROPUESTA PEDAGÓGICA BASADA EN SOFTWARE EXPLORATORIO PARA SU EXPLORACIÓN EN LA P.D.I.

EL PROBLEMA DEL MOVIMIENTO DE PARTÍCULAS LIBRES
Se trata de situaciones sumamente comunes en la vida cotidiana, y además con algunas implicancias tecnológicas. La caída de un lapicero, de una pluma, de una gota de lluvia y el propio lanzamiento de un paracaidista. También el lanzamiento de proyectiles a baja o alta velocidad. Como situaciones paradójicas se podrían mencionar a las pequeñas gotitas de agua que forman las nubes o el polvo atmosférico, que “no caen”. En los textos de Física de nivel secundario se suele afirmar que todos los cuerpos caen con la misma aceleración. No siempre se aclara que esto es válido solo en ausencia de rozamiento del aire, y el tema es estudiado mediante un enfoque puramente cinemático. No se discuten los criterios que puedan llevar a discernir en que casos reales puede ser utilizada la aproximación de la caída libre en el vacío. Menos aun se estudian las características del movimiento de caída bajo efecto apreciable del aire. De esta manera, la mayor parte de los fenómenos de la vida cotidiana quedan sin explicación física.
En los libros de física básica universitaria no se va mucho mas lejos. Si bien hay un mejor tratamiento matemático, el problema se mantiene siempre en la idealidad. Los alumnos se van con la idea que la trayectoria del movimiento de un proyectil tiene forma parabólica, que el alcance máximo se da para un ángulo de lanzamiento de 45º. Es decir, tampoco se discuten los criterios para utilizar las aproximaciones, y no se abre juicio sobre los movimientos en el aire.
El origen de estas falencias se encuentra en las dificultades matemáticas, es decir en los problemas que presentan las ecuaciones diferenciales que resultan de introducir una fuerza resistente
proporcional al cuadrado de la velocidad. A pesar de que las mas sencillas computadoras pueden resolver este problema de manera sencilla, la inercia pedagógica sigue imponiendo las viejas ideas.

LAS DIFICULTADES EXPERIMENTALES
Realizar experiencias, con observaciones y mediciones, resulta muy dificultoso para este tipo de sistema mecánico, en particular si se pretende cubrir un amplio rango de variación de los parámetros. Para una velocidad inicial de unos pocos metros por segundo, el espacio del laboratorio resulta insuficiente. Esto introduce una fuerte limitación, ya que muchos fenómenos y características del movimiento se aprecian con velocidades y distancias muy superiores.
Además, para realizar mediciones al nivel de laboratorio, particularmente en dos dimensiones, se requiere de material relativamente sofisticado, más aun si se desea trabajar también
bajo vacío para realizar comparaciones.
Esas dificultades experimentales justifican la realización de una simulación

PRESTACIONES DEL PROGRAMA
Con “Movimiento de partículas libres” se puede dejar caer o lanzar cuerpos. Los mismos pueden ser de formas, tamaños y materiales diversos. La experiencia puede hacerse en el vacío o en el aire. En este ultimo caso es posible incorporar viento. Se eligen el punto de lanzamiento, la velocidad y el ángulo inicial. Las trayectorias quedan dibujadas en pantalla con distintos colores (figura 1).
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Se accede a gráficas y tablas de valores que dan las posiciones y velocidades (en cada dimensión) en función del tiempo (Figura 2). También se tabulan las alturas y alcances máximos.
En una ventana se explicita el modelo y el método de cálculo. Se incluye asimismo la posibilidad de incorporar un “blanco”, el que puede ser fijo o móvil. Se trata de lograr la colisión de la partícula con ese objeto, mediante la fijación correcta de los parámetros.
La aplicación incluye dos propuestas de actividades: un trabajo práctico y una lista de problemas.
Se maneja a través de un menú y se puede acceder a una ayuda hipertexto.
La programación está hecha en Visual Basic, y el método de cálculo es por diferencias finitas (método de Euler). La fuerza resistente del aire se considera proporcional al cuadrado de la velocidad, y se tiene en cuenta un factor de forma que depende del tipo de partícula.

LA PROPUESTA PEDAGÓGICA
La aplicación del programa está basada en una serie de situaciones problemáticas, bajo la forma de un trabajo práctico, de manera que los alumnos definan las experiencias que deben realizar para facilitar sus respuestas. Se trata de promover un trabajo cooperativo de dos o tres alumnos que trabajan en cada máquina, asistidos por el docente, y realizar una discusión posterior enriquecedora, en la que se confronten las conclusiones de los distintos grupos.
Las situaciones problemáticas están basadas en cuestiones relacionadas a la vida cotidiana, y también a interpretaciones sobre los modelos utilizados para describir los movimientos. La guía de
Trabajo Práctico que se incluye en el programa, puede ser modificada por el docente, para adecuarla a su entorno particular de aprendizaje, y/o a medida que la experiencia con los alumnos le indique.
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